1.3 约束、约束力、力系和受力图的应用（课件）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》高等教育出版社·第3版 同步精品课程——中职专业课 第一章 力系与平衡 第三节 约束、约束力、力系和受力图的应用 （第3课时） 学习目标 第一章 力系与平衡 掌握约束与约束力的概念和分类。 知识目标 能够学会平面汇交力系、平面平行力系和受力图。 能力目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能 力和解决问题的能力。 情感目标 机场候机大厅的屋架 问题引入 01 思考：根据本节课所学知识，判断属于约束力类型的哪种？ 机场候机大厅的屋架 案例引入 01 回忆：让物体运动的规则 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 机械和工程结构中的每个构件，总与周围其他构件相互联系又相互制约，使它的运动受到限制。 对某一物体的运动起限制作用的周围其他物体称为约束。 约束作用于被约束物体上的力称为约束力。 约束力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 小球受到桌面的约束，不能向下运动，桌面给小球的约束力Fɴ向上。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 1.柔性约束 绳索、链条、胶带等柔性物体形成的约束称为柔性约束。柔性约束对物体的约束力是沿着柔性物体的中心线背离被约束物体的拉力，如图中传动带对带轮的约束力FT1、FT2等。柔性约束不能承受压力。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 2.光滑面约束 两物体相互接触，若接触表面为非常光滑的刚性面，摩擦力很小可忽略不计，即为光滑面约束。光滑面约束只能阻止物体沿接触点公法线方向的运动，而不限制离开支承面和沿其切线方向的运动。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 2.光滑面约束 因此，光滑面约束力的方向是通过接触点并沿着公法线指向被约束物体，如图所示。导轨(相对于轮子)、气缸壁(相对于活塞)等均可视为光滑面约束。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 3.铰链约束 两个以上构件通过圆柱面接触，构件只能绕销轴回转中心相对转动，不能发生相对移动而构成的约束称为铰链约束。两个构件之一与地面或支架固定，称为固定铰链约束，其结构与受力如图所示。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 3.铰链约束 用合页安装的门、窗，安装在轴承中的旋转轴都是固定铰链约束。两个构件与地面或支架的连接是活动的，称为活动铰链约束，其结构与受力如图所示。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 4.固定端约束 物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束称为固定端约束，其结构与受力如图所示。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 一、约束与约束力 常见的约束类型及其约束力有： 4.固定端约束 这种约束限制物体沿任何方向的移动和转动，即物体既不能移动也不能转动。其约束力包括限制移动的两个正交的约束力F、F,和限制转动的约束力偶MA。车床刀架上的刀具、卡盘上的工件等都属于这种约束，如图所示。固定端约束的构件可以用一端插人刚体内的悬臂梁来表示。 M。(F)=±Fd 新知学习 02 二、力系 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 1.平面汇交力系和平面平行力系 若平面力系中各力的作用线全部汇交于一点，则称为平面汇交力系，如图所示。 M。(F)=±Fd 新知学习 02 二、力系 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 1.平面汇交力系和平面平行力系 如图a所示，水平梁AB受已知力F作用，可以简化为平面汇交力系，如图b所示。若平面力系中各力的作用线相互平行，则称为平面平行力系。 M。(F)=±Fd 新知学习 02 二、力系 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 2.平面任意力系 若平面力系中各力的作用线是任意分布的，则称为平面任意力系，如图所示，平面任意力系可简化为一个力FR丿和一个力偶Mo。 M。(F)=±Fd 新知学习 02 二、力系 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 2.平面任意力系 某杆件所受的平面任意力系如图所示。显然，平面汇交力系和平面平行力系是平面任意力系的特殊情况。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、受力图 在工程中，要研究物体所受力的大小、方向及作用位置。 为了清晰地表示物体的受力情况，需要把研究的物体从周围物体中分离出来，将周围物体对它的作用以相应的主动力和约束力代替，这种表示物体受力情况的简明图形称为受力图。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-4如图所示，水平梁AB用斜杆CD支承，A、D、C三处均为铰链约束。在B处放置一个重G的电动机。如斜杆CD的质量不计，试画出斜杆CD和水平梁AB的受力图。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-4如图所示，水平梁AB用斜杆CD支承，A、D、C三处均为铰链约束。在B处放置一个重G的电动机。如斜杆CD的质量不计，试画出斜杆CD和水平梁AB的受力图。 解(1)斜杆CD的受力图 将斜杆CD解除约束作为分离体。该杆两端均为铰链约束，如果不计质量，则它只在两端受压力并处于平衡状态，属于“二力杆”。“二力杆”的特点是所受两个力大小相等、方向相反，且作用在一条直线上。由此可以判定斜杆CD为受压状态。根据上述分析，可以画出斜杆CD两端的约束力Fc、FD,如图所示。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 例1-4如图所示，水平梁AB用斜杆CD支承，A、D、C三处均为铰链约束。在B处放置一个重G的电动机。如斜杆CD的质量不计，试画出斜杆CD和水平梁AB的受力图。 (2)水平梁AB的受力图 如图所示，将水平梁AB解除约束作为分离体。作用在水平梁AB上的主动力有电动机的重力G0。水平梁在A、D两点处受到约束，存在约束力。点D的约束力为斜杆CD对水平梁AB的反作用力F'D,作用线方向与FD一致但指向相反。A处为固定铰链约束，其约束力一定通过铰链中心点A,但方向不能预先确定，可用两个正交分力FAx、FAy,来表示，受力图如图所示。 https://www.vcg.com/creative/1https://vcg02.cfp.cn/creative/vcg/800/new/VCG211556856698.gif556856698.html 新知学习 02 三、力的平移定理 观察与思考：如图所示，滑块所受垂直载荷为FQ,滑块与导轨的摩擦系数相同，槽面的夹角为φ,欲使滑块在平导轨上移动，试分别计算推动滑块的移动力。 课堂小结 04 一、约束与约束力 二、力系 机械和工程结构中的每个构件，总与周围其他构件相互联系又相互制约，使它的运动受到限制。 一个物体或构件上有多个力(一般指两个以上的力)作用，则这些力组成一个力系。若这些力作用在同一平面内，则称为平面力系。 三、受力图 在工程中，要研究物体所受力的大小、方向及作用位置。 小试牛刀 下列关于柔性约束的说法中，哪一项是正确的？ A. 柔性约束可以承受压力 B. 柔性约束的约束力方向可以指向被约束物体 C. 柔性约束的约束力沿柔性物体的中心线背离被约束物体 D. 柔性约束的约束力方向与限制的运动方向相同 答案：C 解析：柔性约束只能承受拉力，不能承受压力，其约束力方向必须沿柔性物体的中心线背离被约束物体，且与限制的运动方向相反。 小试牛刀 光滑面约束的约束力方向应沿什么方向作用？ A. 沿接触面的切线方向 B. 沿接触点处的公法线方向 C. 任意方向 D. 沿接触面的对角线方向 答案：B 解析：光滑面约束只能阻止物体沿接触点公法线方向的运动，因此其约束力方向必沿接触点处的公法线方向。 小试牛刀 关于铰链约束，下列哪一项描述是正确的？ A. 铰链约束允许构件之间发生相对移动 B. 铰链约束只允许构件之间沿某一方向移动 C. 铰链约束只允许构件绕销轴回转中心相对转动 D. 铰链约束完全限制构件的任何运动 答案：C 解析：铰链约束通过圆柱面接触，只允许构件绕销轴回转中心相对转动，不允许相对移动。 小试牛刀 固定端约束与铰链约束相比，下列哪一项描述最准确？ A. 固定端约束允许构件绕固定端自由转动 B. 固定端约束既限制构件的移动，也限制构件的转动 C. 固定端约束只限制构件的移动，不限制构件的转动 D. 固定端约束与铰链约束完全相同 答案：B 解析：固定端约束将物体的一部分完全固嵌于另一物体中，既限制构件的移动，也限制构件的转动；而铰链约束仅限制移动，允许转动。 小试牛刀 以下哪种约束不能承受压力？ A. 光滑面约束 B. 铰链约束 C. 柔性约束 D. 固定端约束 答案：C 解析：柔性约束只能承受拉力，不能承受压力；其他约束均可承受压力。 小试牛刀 若某物体受到光滑面约束，则该物体沿接触面切线方向的运动（ ）。 A. 受到完全限制 B. 不受任何限制 C. 受到部分限制 D. 受到约束力的作用 答案：B 解析：光滑面约束不限制物体沿接触面切线方向的运动，仅限制沿接触点公法线方向的运动。 小试牛刀 下列关于约束力的描述中，正确的是（ ）。 A. 约束力的方向总是与所限制的运动方向相同 B. 约束力的方向总是与所限制的运动方向相反 C. 约束力的方向与运动方向无关 D. 约束力的方向可以任意确定 答案：B 解析：约束力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反，这是约束力的基本特征。 小试牛刀 固定铰链约束属于（ ）的一种特殊形式。 A. 柔性约束 B. 光滑面约束 C. 铰链约束 D. 固定端约束 答案：C 解析：固定铰链约束是铰链约束的一种特殊形式，其中一个构件与地面或支架固定。 作业布置 04 1.简述固定端约束的概念。 2.简述光滑面约束的判断。 3.简述柔性约束的内容。 感谢观看 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$